Microhydraulische actuatoren zijn ontworpen om elektrisch vermogen om te zetten in mechanisch vermogen op microschaal met meer vermogensdichtheid en hogere efficiëntie. Eigenlijk, deze nieuwe actuatoren werken door de oppervlaktespanningskracht te combineren die is afgeleid van een groot aantal druppels die worden vervormd door elektrowetting-elektroden.

In een studie gepubliceerd in Wetenschap Robotica , twee onderzoekers van het MIT hebben onlangs de prestaties onderzocht van lineaire en roterende microhydraulische actuatoren op microgramschaal, aangedreven door electrowetting. Dit werk is een evolutie van hun eerdere inspanningen, die nieuwe manieren verkende om elektrisch vermogen om te zetten in hydraulisch vermogen.

"We werken al een aantal jaren aan het electrowetting-effect, en waren geïntrigeerd door de mogelijkheid om fysieke beweging te genereren door een solide en vloeibaar hybride apparaat te ontwerpen op basis van elektrowetting, "Jakub Kedzierski, een van de onderzoekers die het onderzoek heeft uitgevoerd, vertelde TechXplore. "Na een aantal verschillende ontwerp-iteraties te hebben doorlopen, we kozen voor dit ontwerp."

Het ontwerp van de microhydraulische actuatoren van Kedzierski en zijn collega Eric Holihan is deels geïnspireerd op de structuur van menselijke spieren. In spiervezels, kleine krachten tussen actine- en myosinemoleculen worden toegevoegd langs lange filamenten om een ​​grote totale kracht te produceren. "Op een soortgelijke manier, onze actuatoren voegen relatief kleine oppervlaktespanningskrachten toe die worden geproduceerd door veel elektrowetting-druppels langs een lange laag polyimide om een ​​veel grotere kracht te produceren, " legde Kedzierski uit. "We noemen de actuatoren microhydraulisch omdat, zoals bij hydrauliek, de kracht wordt aanvankelijk geproduceerd in de vloeistof, en wordt vervolgens overgebracht naar een solide onderdeel dat werk kan doen."

De microhydraulische actuator bestaat uit drie hoofdcomponenten:de elektrodenreeks, de vloeibare laag waterdruppels in olie en de vaste druppelreeks. Druppels worden aan de druppelreeks bevestigd met behulp van geëtste hydrofiele gebieden. Door het proces van electrowetting, deze druppels worden door elektroden in de elektrodenreeks getrokken.

Daarom, wanneer de elektroden in volgorde worden gefietst, de druppels en druppelreeks bewegen mee met de lopende spanningsgolfvorm. De kleine individuele kracht van elke druppel wordt dus versterkt, omdat de honderden druppels in elke druppelreeks bijdragen aan een grotere totale kracht.

"Twee lagen worden gescheiden door een paar micron vloeibare druppels. Deze druppels zijn bevestigd aan één laag en kunnen elektrisch worden getrokken door elektroden op de andere laag, " legde Kedzierski uit. "Dit veroorzaakt beweging tussen de twee lagen, en als bonus zorgt voor permanente smering tussen hen. De kleine oppervlaktespanningskracht van elke druppel wordt versterkt door een groot aantal druppels samen te laten werken."

De onderzoekers evalueerden de actuator door het mechanische werk te meten dat het kon uitvoeren en het benodigde elektrische vermogen. Ze ontdekten dat de maximale uitgangsvermogensdichtheid 0,93 kilowatt / kilogram was, die vergelijkbaar is met die van enkele van de beste elektromotoren op de markt. Bij maximaal vermogen, hun actuator was 60 procent efficiënt, toch bereikte het een efficiëntie van wel 83 procent wanneer het vermogen lager was.

"Er zijn een paar redenen waarom deze technologie revolutionair is, ' zei Kedzierski. 'Eerst, het heeft de vermogensdichtheid van motoren, en een hoge energieomzettingsefficiëntie. Tweede, het werkt op zeer kleine schaal en verbetert naarmate componenten worden verkleind, terwijl klassieke motoren snel degraderen wanneer ze kleiner worden dan centimeters. Eindelijk, het biedt nauwkeurige digitale beweging op een manier die vergelijkbaar is met een stappenmotor, een werkpaard voor vele technologische toepassingen, inclusief robotica."

© 2018 Tech Xplore